Sabaruddin H., Perhitungan Ulang Beban Pendinginan 149
Perhitungan Ulang Beban Pendinginan Pada Ruang Auditorium
Gedung Manggala Wanabakti Blok III
Kementerian Kehutanan Jakarta
Sabaruddin Harahap, Abdul Hamid, Imam HidayatProgram Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Mercu Buana, Jakarta Email. sabaruddinharahap@rocketmail.com
Abstrak -- Ruang Auditorium Gedung Manggala Wanabakti diresmikan sejak 24 Agustus 1983 yang merupakan salah satu ruang yang multifungsi diantaranya sebagai ruang rapat/kongres, seminar, wisuda, pameran dan pegelaran, serta resepsi pernikahan. Perhitungan beban pendinginan pada gedung ini menggunakan metode CLTD (Cooling Load Temperature Difference). Perhitungan beban pendinginan berdasarkan data sekunder yang kemudian hasilnya dibandingkan dengan kapasitas beban pendinginan terpasang. Dari hasil perhitungan beban pendingin di atas dapat disimpulkan bahwa kapasitas mesin AHU (Air Handling Unit) yang terpasang belum mencukupi dalam memenuhi kebutuhan sistem penyegaran udara pada ruang Auditorium Gedung Manggala Wanabhakti Kementerian Kehutanan RI.
Kata Kunci: Beban pendinginan, set point, Air Handling Unit.
Abstract -- Mangala Wanabakti Auditorium Hall inaugurated since August 24, 1983, which is one multifunctional space such as conference / congress, seminars, graduation, exhibitions and performances, as well as wedding receptions. Cooling load calculation on this building using CLTD (Cooling Load Temperature Difference) method. Cooling load calculation based on secondary data results are then compared with the installed capacity of the cooling load. Based on calculation of the cooling load can be concluded that the capacity of the machine AHU (Air Handling Unit) installed yet sufficient to meet the needs of air refresher system in the Mangala Wanabhakti Auditorium Hall of Ministry of Forestry .
Keywords: Cooling load calculation, Set Point, Air Handling Unit.
1. PENDAHULUAN
Pengkondisian udara adalah perlakuan terhadap udara untuk mengatur suhu, kelembaban, kebersihan dan pendistribusian-nya secara serentak guna mencapai kondisi nyaman yang diperlukan oleh orang yang berada di dalam suatu ruangan. Selain itu, pengkondisian udara dapat didefinisikan suatu proses mendinginkan udara sehingga mencapai temperatur dan kelembaban yang ideal.
Pada saat ini AC (Air Conditioning) sudah banyak dimanfaatkan untuk keperluan sehari–hari dan sudah menjadi kebutuhan yang harus dipenuhi, salah satunya adalah pada gedung perkantoran dan auditorium, karena selain untuk mendapatkan kondisi udara yang nyaman, juga dapat meningkatkan produktiftas manusia. Dalam pemasangan dan peng-gunaannya, sistem tata udara memerlukan biaya yang tidak sedikit. Pemakaian tata udara yang tidak tepat dengan kebutuhannya akan mengakibatkan pemborosan, baik itu energi maupun biaya yang cukup mahal. Setiap
bangunan atau ruangan selain mempunyai kondisi beban pendinginan puncak juga mempunyai beban total pendinginan ruangan, yang biasanya berubah-ubah setiap jamnya. Berdasarkan hal tersebut, suatu gedung atau ruangan yang akan dikondisikan dengan memasang sistem tata udara maka perlu diketahui terlebih dahulu beban maksimum dan beban parsial yang ada dan harus ditanggulangi dengan tepat agar dapat dipakai peralatan yang tepat untuk dipasang. Sehingga, tidak terjadi pemborosan energi dan biaya, serta kemungkinan kurangnya kapasitas mesin yang menyebabkan tidak tercapainya kondisi yang diinginkan. Untuk mengatasi hal tersebut diperlukan perhitungan besaran beban yang tepat pada sistem pengkondisian udara dan menentukan beban yang diterima oleh mesin tersebut.
Ruang Auditorium Gedung Manggala Wanabakti diresmikan sejak 24 Agustus 1983 merupakan salah satu ruang yang multifungsi diantaranya sebagai ruang rapat/kongres,
150 Sabaruddin H., Perhitungan Ulang Beban Pendinginan seminar, wisuda, pameran dan pegelaran, serta
resepsi pernikahan.
Alasan dilakukannya perhitungan ulang beban pendingin pada Ruang Auditorium Gedung Manggala Wanabakti ini adalah dikarenakan kondisi awal sistem pengkondisian udara pada gedung ini beroperasi dengan baik dimana setpoint suhu di dalam ruangan masih dapat tercapai sesuai dengan kondisi di lapangan. Namun saat ini, kondisi suhu udara pada ruang Auditorium saat digunakan pada acara-acara tidak sesuai dengan set point suhu yang diharapkan sehingga para penghuni/ pengguna merasa kurang nyaman. Hal ini diperkuat dengan adanya komplain dan keluhan dari para pengguna ruang Auditorium.
Tujuan dari penulisan ini adalah untuk menghitung ulang beban pendinginan dan membandingkan jumlah beban pendingin hasil perhitungan dengan kondisi yang terpasang pada sisitem pengkonsisian udara ruang Auditorium gedung Manggala Wanabakti Blok III Kementerian Kehutanan Jakarta.
2. TEORI DASAR
Sistem Pengkondisian Udara
Sistem Pengkondisian Udara adalah suatu proses mendinginkan udara sehingga dapat mencapai temperatur dan kelembaban yang sesuai dengan yang dipersyaratkan terhadap kondisi udara suatu ruangan tertentu, mengatur aliran udara dan kebersihannya. Prinsip Sistem Pengkondisian Udara
Berdasarkan hukum thermodinamika pertama, panas Q1 yang dikeluarkan dari siklus
temperatur tinggi sama dengan jumlah panas Q2 yang dikeluarkan pada temperatur rendah
dan kerja W.
Q1 = Q2 + W ... (1)
Input energi yang dibutuhkan untuk mengangkat panas Q2 dari temperatur rendah
ke temperatur tinggi membutuhkan kerja mekanik.
Sistem pendingin tidak bisa dilepaskan dari terjadinya proses perpindahan panas dimana panas yang diproduksi oleh ruangan yang akan dikonddisikan temperaturnya akan deserap oleh sistem pendingin dan kemudian akan dilepaskan ke lingkungan.
Siklus Pendingin
Siklus pendingin terdiri dari empat proses, yaitu:
1) Evaporasi (Penguapan)
Merupakan proses pertukaran panas udara ruangan dengan refrigerant. Pada tahap ini terjadi pertukaran kalor di evaporator, dimana kalor dari lingkungan atau media yang didinginkan diserap oleh refrigerant cair dalam evaporator sehingga refrigerant cair yang berasal dari katup ekspansi yang bertekanan dan bertemperatur rendah berubah fasa dari fasa cair menjadi uap yang mempunya tekanan dan temperatur tinggi. Maka besar kalor yang diserap oleh refrigerant adalah:
QC = ṁ (h2 – h1) ... (2)
dimana
QC : Banyaknya kalor yang diserap
di evaporator persatuan waktu (kJ/s)
ṁ : Laju aliran massa refrigerant (kg/s)
(h2 – h1) : Efek refrigerasi (kJ/kg)
2) Kompresi
Kompresi memiliki dua fungsi, yaitu: Pertama, untuk menghisap refrigerant dari evaporator dan menekannya ke kondenser. Kedua, untuk meningkatkan tekanan refrigerant. Pada tahap ini terjadi di kompressor dimana refrigerant yang berfasa uap dengan temperatur dan tekanan rendah dikompresi secara isotrapic sehingga temperatur dan tekanannya menjadi tinggi, besar kapasitas pemanasan dapat ditulis dengan persamaan :
QW = ṁ (h3 – h2) ... (3)
dimana
Qw : Kapasita pemanasan (kJ/s)
persatuan waktu (kg/s)
ṁ : Laju aliran massa refrigerant (kJ/s)
(h3 – h2) : Kerja kompresi (kJ/kg)
3) Kondensasi (Pengembunan)
Memiliki dua fungsi, yaitu: Pertama, untuk membuang panas yang disimpan refrigerant pada evaporator. Kedua, untuk mengubah fasa refrigerant dari uap menjadi cairan. Pada tahap ini terjadi didalam kompressor, dimana panas dari refrigerant yang berfasa uap dari kompressor dibuang ke lingkungan sehingga refrigerant tersebut mengalami kondensasi. Pada tahap ini terjadi perubahan fasa dari fasa uap superheat menjadi fasa cair jenuh, pada fasa cair jenuh ini tekanan dan temperaturnya masih tinggi. Besarnya kalor yang dilepaskan di kondensor adalah:
Sabaruddin H., Perhitungan Ulang Beban Pendinginan 151 qc = h3 –h4 ... (4)
Dimana
qc : Kalor yang dilepas di kondensor
(kJ/kg)
h3 : Entalphi refrigerant yang keluar
dari kompressor (kJ/kg) h2 : Entalphi refrigerant cair jenuh
(kJ/kg) 4) Ekspansi
Mengubah cairan refrigerant yang panas menjadi cairan yang dingin dengan menurunkan tekanannya. Pada tahap ini terjadi di katup ekspansi dimana refrigerant diturunkan tekanannya yang diikuti dengan turunnya temperatur entalphi.
Gambar 1. Siklus Pendingin 3. METODOLOGI
Perhitungan beban pendinginan ini menggunakan metode metode CLTD (Cooling Load Temperature Difference). Perhitungan beban pendinginan berdasarkan data sekunder yang kemudian hasilnya dibandingkan dengan kapasitas beban pendinginan terpasang.
Data sekunder yang dipakai meliputi:
Luas lantai, luas permukaan bangunan, volume bangunan, luas permukaan kaca, masing-masing dibedakan antara yang dikondisikan dan tidak.
Luas permukaan selubung/fasade, terdiri dari luas dinding dan kaca.
Luas tiap-tiap material bangunan arah hadapnya.
Jenis bahan, tebal material selubung bangunan dan atap.
Nilai U untuk material yang digunakan baik dinding, kaca dan atap.
Nilai koefisien peneduh (SC).
Prosedur yang ditempuh dalam penelitian ini antara lain:
Observasi langsung untuk pengambilan data pada ruang yang dikondisikan dengan sistem pendingin dengan memperhatikan beban internal dan eksternal dengan dasar teori pada sumber pustaka yang ada.
Pengolahan data dan perhitungan data.
Evaluasi hasil perhitungan jumlah beban pada mesin terpasang dengan hasil data dilapangan.
Mengambil kesimpulan dari hasil penelitian. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Beberapa data didapatkan dari data sekunder. Tabel 1 memperlihatkan data ruangan yang dianalisa.
Tabel 1. Data Ruangan DATA RUANGAN
Luas Lantai 4.448,81 m2
Tinggi ruangan (Tinggi tembok) 9,34 m Tinggi ruangan (Lantai sampai
plafon) 11,74 m
Waktu pengoperasian ruang perkantoran dimulai pada pukul 06.00 WIB sampai dengan pukul 20.00 WIB.
Penerangan untuk ruangan meng-gunakan jenis lampu yang berbeda-beda tergantung fungsi dan letak penempatan lampu dengan lama operasi sebanyak 12 jam atau sama dengan jam operasional kantor. Data lampu penerangan ditampilkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Data lampu Penerangan DATA LAMPU
NO JENIS LAMPU JUMLAH
1 Center Pin Spot Light 2000
Watt 1 Unit
2 Mercury 1400 Watt 155 Unit
3 Floor Receptacle 3500 Watt 2 Unit
4 Ceiling Spot Light 1000 Watt 12 Unit 5 Foot Light 60 Watt 72 Unit 6 Border Light 150 Watt 72 Unit 7 Suspension Light 500 Watt 8 Unit
8 Lower Horison Light 100 Watt 117 Unit 9 Down Light 100 Watt 65 Unit 10 Reflector Lamp 300 Watt 126 Unit
Jumlah Lampu 630 Unit
Cairan dingin Udara panas dari ruangan Udara dingin Uap dingi n Uap panas Caira n pana s EKSPANSI EVAPORASI KOMPRESI KONDENSASI
152 Sabaruddin H., Perhitungan Ulang Beban Pendinginan Dalam ruang perkantoran khususnya
ruang Auditorium tentu tidak terlepas dari penggunaan alat perkantoran. Penggunaan peralatan tersebbut tentu menghasilkan kalor yang harus diperhitungkan dalam perhitungan beban pendingin. Tabel 3 memperlihatkan data peralatan yang digunakan.
Table 3. Data Peralatan DATA PERALATAN
NO NAMA ALAT/BARANG JUMLAH
1 Laptop 2 Unit
2 Proyektor 2 Unit
3 Speaker Aktif 6 Unit
4 Mixer 24 Channel 1 Unit
5 Amplifire 7 Unit
6 Speaker Ceiling 4 Unit
7 Microphone 10 Unit
8 Kamera CCTV 1 Unit
9 Video Shooting 1 Unit
Manusia dalam aktifitasnya tentu mengeluarkan kalor dari dalam tubuhnya yang harus diperhitungkan dalam perhitungan beban pendingin. Asumsi jumlah penghuni sebanyak 1.250 orang yang rinciannya terlihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Data Jumlah Penghuni DATA PENGHUNI RUANGAN
NO PENGHUNI JUMLAH
1 Tamu undangan acara yang hadir 1.150 Orang 2 Tim Pengelola Gedung 25 Orang
3 Tim Pushumas Kehutanan 8 Orang 4 Tim Cleaning Service 20 Orang 5 Karyawan yang bertugas 15 Orang
6 Tim Kesenian 17 Orang
7 Dan lain-lain 15 Orang
Jumlah 1.250 Orang
Kapasitas mesin terpasang untuk ruang auditorium dengan 4 unit AHU adalah: 201,08 TR atau setara dengan 268,1 PK dengan daya sebesar 200 kW.
Untuk menghitung semua beban terutama beban eksternal akan dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya: letak dan
posisi gedung berada yang akan berpengaruh pada iklim, jenis bahan yang dipakai dalam konstruksi bangunan serta temperatur lingkungan
Dalam menentukan perolehan kalor, dasar yang dipakai pada beban terpanas dari rata-rata beban terpanas dalam satu tahun (ASHRAE, 2001) dan (Handbook, 1965). Langkah-langkah perhitungan beban:
Penentuan letak dan posisi gedung
Penentuan dimensi ruangan
Menentukan kondisi rancangan yang terdiri dari :
a. Temperatur basah (wet temperature) b. Temperatur kering (dry temperature) c. Kelembaban
Menentukan temperatur maksimal di luar sebagai acuan dari perhitungan beban
Menganbil data beban yang diperlukan baik untuk beban internal maupun eksternal
Menghitung beban pendingin
Dari data sekunder yang ada dapat dihitung Beban Pendinginan maksimum ruangan auditorium. Hasil perhitungan terlihat pada Tabel 5, Tabel 6, dan Tabel 7.
Tabel 5. Jumlah Beban Pendinginan
Jenis Perhitungan
Beban Kalor kcal/jam kJ/jam
Perhitungan Beban Kalor Sensibel Daerah Parimeter
1 Tambahan kalor oleh transmisi radiasi matahari melalui jendela 1.167,075 4.886,309 2 Beban transmisi kalor melalui jendela 1.185,03 4.961,484
3 Infiltrasi beban kalor
sensibel 15.042 62.977, 846
4
Beban transmisi kalor melalui dinding dan atap
132.892,75 556.395, 366 5 Beban kalor tersimpan dari ruangan dengan penyegaran udara (pendinginan) terputus-putus 15.028,685 62.922,1 Sub Total 165.315,54 692.143,103
Sabaruddin H., Perhitungan Ulang Beban Pendinginan 153 Tabel 6. Jumlah Beban Pendinginan
(Lanjutan)
Beban Kalor Laten Daerah Parimeter
1
Beban kalor laten oleh infiltrasi
393.074,6 1.645.724,735
Beban Kalor Sensibel Daerah Interior
2 Beban kalor dari
partisi 348, 614 1.459,577
3 Beban kalor dari
langit-langit 12.223,249 51.176,299
4 Beban kalor dari
lantai 9.858,633 41.276, 125
Sub Total 22.430,496 93.912
Beban Kalor Sensibel Karena Adanya Sumber Kalor Interior
1 Beban kalor sensibel dari penghuni 56.062,5 234.722,475 2 Beban kalor sensibel dari peralatan 9,384 39,290 3 Beban kalor sensibel dari lampu penerangan 269,295 1.127,484 Sub Total 56.341,18 235.889,252
Beban Kalor Laten Daerah Interior
1 Beban kalor laten dari penghuni (sumber penguapan interior) 31.395 131.444,586
Tabel 7. Jumlah Beban Pendinginan (Lanjutan)
Beban Kalor Sensibel Mesin
1
Tambahan kalor (heat gain) sensibel oleh udara luar masuk
36.363,64 152.247,29 2 Kenaikan beban oleh kebocoran saluran udara 42.666,194 178.634,821 Sub Total 79.029,834
Beban Kalor Laten Mesin
1
Beban kalor laten mesin oleh udara
luar masuk 50,91 213,149 2 Kenaikan beban oleh kebocoran saluran udara 61.966,1 259.439,605 Sub Total 61.556,218 257.723,573 Jumlah Perhitungan Beban Pendinginan 809.142,87 3.387.719,37
Total Beban Pendinginan Pada Ruang Auditorium Gedung Manggala Wanabakti Blok III yang diperoleh adalah sebagai berikut: Kalor beban = 809.142,87 kcal/jam Safety factor = 809.142,87kcal/jam x 5 %
= 40.457,14 kcal/jam Sehingga Jumlah beban pendinginan, = 809.142,87kcal/jam + 40.457,14 kcal/jam = 849.600 kcal/jam = 3.557.105,28 kJ/jam = 3.371.205,6 Btu/jam 12.000 / 3024, 2 / jam 849.600 kcal j/ Btu jam Perhitunganbeban
kcal am
Dipasaran kompresor 1 PK biasanya diperhitungkan 9.000 Btu/jam, maka : Kompresor yang dibutuhkan sebesar = 3.371.205, 6 /
9000 Btu/jam Btu jam = 374,58 PK
Sedangkan daya listrik yang dibutuhkan = 374,58 PK x 746 Watt = 279.435,49 Watt = 279,435 kW Keterangan : 1 TR = 12.000 Btu/ jam = 3.024,2 Kcal/ jam = 3,5167 kW
Kapasitas Pendingin hasil perhitungan pada ruang Auditorium Gedung Manggala Wanabakti Blok III adalah 374,58 PK dengan daya listrik sebesar 279,435 kW, sedangkan Kapasitas beban mesin terpasang pada Ruang Auditorium Gedung Manggala Wanabakti Blok III yang terdiri dari 4 (empat) unit AHU (Air Handling Unit) adalah 268,1 PK dengan daya listrik sebesar 200 kW.
Sehingga dari perhitungan kapasitas beban pendinginan di atas dapat diketahui selisih kapasitas beban yang terpasang dengan beban pendingin hasil perhitungan sebagai berikut:
= Kapasitas beban terpasang – Kapasitas beban pendingin hasil analisa
= 374,58 PK - 268,1 PK = 113,48 PK. Dan selisih daya listrik
154 Sabaruddin H., Perhitungan Ulang Beban Pendinginan Dengan demikian dari hasil perhitungan
beban pendingin di atas dapat disimpulkan bahwa kapasitas mesin AHU (Air Handling Unit) yang terpasang belum mencukupi kebutuhan yang ada.
5. KESIMPULAN
Jumlah total beban pendinginan pada Ruang Auditorium Gedung Manggala Wanabhakti pada beban puncak sebesar 3.387.719,37 kJ/jam (374,58 PK) dengan kebutuhan daya listrik sebesar 279,435 kW, sedangkan Kapasitas beban mesin terpasang pada Ruang Auditorium Gedung Manggala Wanabakti Blok III yang terdiri dari 4 (empat) unit AHU (Air Handling Unit) adalah 268,1 PK dengan kebutuhan daya listrik sebesar 200 kW. Sehingga terjadi kekurangan beban pendinginan sebesar 113,48 PK dan kekurangan kebutuhan daya listrik sebesar 79,435 kW.
Berdasarkan hasil perhitungan beban pendingin di atas dapat disimpulkan bahwa kapasitas mesin AHU (Air Handling Unit) yang terpasang belum mencukupi dalam memenuhi kebutuhan sistem penyegaran udara pada
ruang Auditorium Gedung Manggala Wanabhakti Kementerian Kehutanan RI.
DAFTAR PUSTAKA
America Society of Heating Refrigerant and Air Conditioning Engineers. ASHRAE Handbook Fundamental. Atlanta. 2001. Arismunandar, Wiranto dan Heizo Saito.,
Penyegaran Udara, Cet. 6. Jakarta: PT. Pradnya Paramita, 2002.
Handbook of Air Conditioning System Design, Carier Air Conditioning Company. McGraw-Hill Company, 1965.
Pita, Edward.G., Air Conditioning Principles and System an Energy Approach, John Wiley & Sons, New York, 1981.
Stoecker, W.F and jones, J.W. Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi ke-2. Terjemahan oleh Ir. Supratman Hara. Jakarta : Erlangga, 1989
Sumanto. Dasar-dasar Mensin Pendingin. Yogyakarta: Andi., 1994.
Sunarno. Mekanikal Elektrikal, Edisi ke-1. Yogyakarta: Andi, 2005
